БИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕМБРАНЫ, 2008, том 25, № 4, с. 243-251
== ОБЗОРЫ
УДК 577.152.52
УЧАСТИЕ ПЕПТИДИЛ-ПРОЛИЛ-^нс/трянс-ИЗОМЕРАЗ В ПАТОЛОГИЧЕСКОМ ПРОЦЕССЕ
© 2008 г. К. А. Кромина, А. Н. Игнатов*, И. А. Абдеева
Институт общей генетики им. НИ. Вавилова РАН, 119991 Москва, ул. Губкина, 3;
факс: (499) 132-89-62; электронная почта: krominaks@yahoo.com * Центр "Биоинженерия" РАН, 117312 Москва, просп. 60-летия Октября, 7, к. 1;
факс: (499) 135-05-71 Поступила в редакцию 12.02.2008 г.
Пептидил-пролил-цис/транс-изомеразы (peptidyl-prolyl-cis/Zrans-isomerases, PPI-азы) - суперсемейство белков, которые обладают шаперонной активностью и катализируют цис/транс-изомериза-цию пептидной связи, предшествующей остатку пролина, придавая активную конформацию пептидам. Они присутствуют в клетках и про-, и эукариот и имеют высококонсервативную структуру. PPI-азы играют важную роль в патологическом процессе, поскольку белки, определяющие вирулентность микроорганизма, для выполнения своей роли, нуждаются в модификации пространственной структуры после переноса в клетку хозяина. На основании анализа опубликованных данных предложена гипотеза об участии бактериальных PPI-аз и PPI-аз эукариот-хозяев в эволюции белков-эффекторов секреторных систем патогена.
Изучение молекулярных взаимоотношений хозяин-патоген показало, что важную роль в них играют белки патогена, отвечающие за вирулентность, и прямо или косвенно взаимодействующие с рецепторами иммунной системы хозяина. Особенности этих взаимодействий определяют, начнется ли патологический процесс или активизируется защитная система хозяина. Однако существует большой класс ферментов, катализирующих переход белков вирулентности в активную пространственную конформацию после секреции и транспорта в клетку хозяина.
Пептидил-пролил-цис/транс-изомеразы (pepti-dyl-prolyl-c/s/zrans-isomerases, PPI-азы) - суперсемейство белков, которые обладают шаперонной активностью, ускоряют и направляют цис/транс-изомеризацию пептидной связи, предшествующей остатку пролина. Исторически PPI-азы подразделяют на несколько классов в соответствии с их сродством к иммуносупрессорам класса макроли-дов: 1) циклофилины (cyclophilin, Cyp) - белки, связывающие циклоспорин A (CsA); 2) КК506-связыва-ющие белки (FK506-binding protein, FKBP); 3) парву-лины (parvulin) - белки, не связывающие известные нам макролиды; 4) семейство химерных белков, содержащих как Cyp-, так и FKBP-домены (FK506-and cyclosporin-binding protein, FCBP). Среди PPI-аз встречаются белки с одним или с несколькими функциональными доменами. К наиболее часто встречающимся доменам относятся: тетратрико-пептидные повторы (TPR), WW-домены, РНК-, ДНК- и белок-связывающие сайты.
PPI-азы вовлечены в разнообразные молекулярные процессы. Они участвуют в фолдинге бел-
ков [1-3], в восстановлении денатурированных белков [4], в синтезе белков de novo [5, 6], а также способствуют образованию биологически активных конформаций полипептидов [7, 8]. PPI-азы входят также в состав больших шаперонных комплексов [9-11], трансмембранных каналов, отвечающих за транспорт кальция и других ионов [1214]. PPI-азы принимают участие в таких процессах, как передача биохимических сигналов [15-17], секреция белков [18], процессинг РНК [19, 20], апоптоз [21], контроль клеточного цикла [22, 23], регуляция развития [24, 25], фотосинтез [26-29] и взаимодействие хозяин-патоген [30-32]. Предполагается, что развитие болезни Альцгеймера и некоторых других нейродегенеративных заболеваний человека может быть связано со снижением уровня или инактивацией PPI-азы Pin1 [33].
Бактериальные геномы содержат гены представителей основных семейств PPI-аз: циклофили-нов, FKBP-белков, парвулинов и, иногда, FCBP-белков [34].
Функции большинства бактериальных цикло-филинов сводятся к участию в фолдинге белков [35]. В работе Конно и соавт. [36] показано, что циклофилины необходимы для рефолдинга белков, поврежденных стрессом (например, тепловым шоком). Есть противоречивые данные о нуклеаз-ной активности циклофилинов [37, 38].
К семейству FKBP-белков относятся FkpA- и SlpA-подобные белки бактерий, а также триггер-ные факторы (trigger factor, TF). Белок FkpA состоит из субдоменов FKBP_N и FKBP_C. Шаперонной активностью обладает только FKBP_N, а FKBP_C
проявляет PPI-азную активность [39]. Белок FkpA Escherichia coli вместе с белком surA важны для поддержания пространственной структуры белков клетки в субоптимальных условиях роста [40], а гомологичные белки других видов бактерий связаны с патологическим процессом.
Триггерный фактор (TF) - один из главных бактериальных шаперонов, ATP-независимый, связанный с рибосомой и обладающий PPI-азной активностью in vitro. У Mycoplasma genitalium, бактерии с наименьшим размером генома, TF-белок -единственная изомераза, обладающая шаперонной и PPI-азной активностью [41]. Большинство TF-бел-ков (~80%) имеют три субдомена: Trigger_N связывает большую субчастицу рибосомы; FKBP_C обеспечивает PPI-азную активность; Trigger_C E. coli обладает экспериментально подтвержденной шаперонной функцией [42]. Высокая агрегирующая способность TF-белков препятствует неправильной сборке белков цитозоля [43]. Показано, что делеция генов E. coli, кодирующих TF-белок и ша-перон DnaK, приводит к агрегации вновь синтезируемых белков и гибели бактерий при температуре 30°C. Сверхэкспрессия шаперонов GroEL/GroES способна компенсировать отсутствие TF и DnaK [44].
Ген "белка выживания" (survival protein) surA был открыт при поиске генов, отвечающих за жизнеспособность клеток E. coli в стационарной фазе роста. Белки surA различных бактерий имеют сходство с парвулинами. Они принимают участие в фолдинге белков внешней мембраны бактериальной клетки [10] и в построении бактериальных флагелл и пилей [45]. Возможно, что комплекс surA с поринами внешней мембраны необходим для восстановления активной конформации пор после энергозависимого транспорта ионов и макромолекул через мембрану.
Поскольку мономеры бактериального пиля в процессе удлинения проходят через его внутренний канал [45], то мы предполагаем, что белки surA специфично связываются с секретируемыми мономерами и выходят на внешнюю поверхность бактерий. Мы считаем, что белки surA взаимодействуют также с различными белками-эффекторами так называемой третьей секреторной системы, поступающими в клетку хозяина через тот же пиль.
Можно выделить несколько способов участия PPI-аз в патологическом процессе независимо от семейства, к которому они принадлежат (табл. 1):
- участие в модификации собственных мембранных и секретируемых белков PPI-аз патогена, вероятно, для избегания или преодоления иммунного ответа во внутритканевом и внутриклеточном пространстве организма-хозяина;
- использование PPI-аз хозяина для стабилизации или модификации белков, обеспечивающих
механизм паразитизма (вирусы, простейшие, некоторые бактерии);
- использование хозяином собственных PPI-аз для борьбы с патогеном.
РОЛЬ PPI-аз МИКРООРГАНИЗМА В ПАТОГЕНЕЗЕ
К настоящему времени известно, что в патологическом процессе участвуют бактериальные PPI-азы типа FKBP, гомологичные белку FkpA E. coli, и парвулины, гомологичные белкам surA (табл. 1). Белок MIP (Macrophage Infectivity Potentiator), включающий домен FkpA, является фактором вирулентности внутриклеточного патогена Legionella pneumophila [46]. Гомологичный MIP белок из Neisseria gonorrhoeae также отвечает за выживание этой бактерии в клетках хозяина. В работе Ле-уззи и соавт. [47] показано, что бактерии с мутант-ным геном белка Ng-MIP погибали в клетках через 24 ч в отличие от бактерий дикого типа [47]. Ген fkpA Salmonella typhimurium серотипа Copenhagen кодирует белок, сходный с MIP L. pneumophila и Chlamydia trachomatis, и отвечает за способность бактерии выживать во внутриклеточном пространстве хозяина [48]. При этом ген fkpA отвечает за внутриклеточное выживание бактерий S. typhimurium серотипа Typhimurium только совместно с генами surA или htrA, участвующими в фолдинге белков [49].
PPI-аза типа FKBP фитопатогенной бактерии Xanthomonas campestris pv. campestris 8004, кодируемая геном XC2699, обладает 49% гомологией аминокислотной последовательности с белком MIP L. pneumophila. Мутация гена XC2699 приводит к значительному уменьшению вирулентности и к снижению способности размножаться в растении-хозяине. Более того, у мутантного штамма существенно снижены синтез экзополисахаридов и активность внеклеточных протеаз, известных как факторы агрессивности X. campestris pv. campestris [50]. Можно предположить, что белки, гомологичные MIP/FkpA, взаимодействуют с трансмембранными транспортными белками первой или второй секреторных систем, обеспечивая выход из бактериальной клетки важных для патогенеза молекул.
Мутация гена surA уропатогенного штамма E. coli UTI89 нарушает биосинтез пилей, что, в свою очередь, влияет на течение инфекционного процесса в мочевом тракте мышей [45]. Белок surA необходим для супрессии цитокинов, продуцируемых клетками эпителия мочевого пузыря мышей в ответ на инфицирование уропатогенным штаммом E. coli [51]. Показано также, что ген surA участвует в вирулентности бактерий рода Salmonella [49, 52, 53]. Кроме того, обнаружено, что мутация гена, кодирующего белок HP0175 Helicobacter pylori, сходный с белком surA, приводит к на-
Таблица 1. PPI-азы, вовлеченные в патологический процесс
РР1-аза Номер в ОепВапк Организм Патоген/хозяин Доменная структура по СБАЯТ [72] Тип участия в патологическом процессе Ссылка
Cpal ААБ69795 Cryptococcus Грибок/человек су с1орЫНп_ АВ Н_Ике СсЮ1926 Фактор, необходимый для вирулент- [57]
neoformans ности
Сра2 ААБ69796 Cryptococcus » су с1орЫИп_ АВ Н_Ике СсЮ1926 Важен для выживания в условиях [57]
neoformans стресса
Essl ААМ)3477 Cryptococcus » ¥¥ ссЮ0201 + Б^атаве Фактор, необходимый для вирулент- [56]
neoformans р!ат00639 ности
CYP1 АА013968 Magnaporthe grisea Гриб/растение су с1орЫНп_ АВ Н_Ике СсК) 1926 Фактор, необходимый для вирулентности [58]
Mip-like А АВ22717 Legionella Б актер ия/человек БкрА С000545 Обеспечивает выживание [46]
pneumophila в
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.